基于流场控制的气动光学波前畸变前馈自适应校正研究

气动光学问题已成为弹/机载光学系统应用的关键。然而，由于气动光学波前畸变的高频特征，现有的反馈控制自适应光学系统远不能满足气动光学自适应校正对系统校正带宽的需求。项目组前期工作发现，"大尺度、低频周期激励"的流场控制方法能有效地减小波前畸变的模式数和带宽。基于此，本项目提出了"流场控制﹢光电校正"的气动光学自适应校正方案。项目以0.8/0.1Ma剪切层气动光学波前畸变的自适应校正为研究对象，对主导剪切层形态的相干结构的光学性质数学建模、获得有序波前畸变的流场闭环控制、波前畸变前馈自适应校正系统设计等关键问题进行深入研究。旨在探讨飞行器高速飞行时，光学窗口附近流场与光束相互作用的机理，研究高频波前畸变的控制和修正方法，推动我国气动光学基础理论研究的深入和技术的实用化。相干结构光学性质数学模型等研究成果对揭示流体-光束相互作用机理、气动光学波前畸变的主动控制等具有积极的理论指导意义。

围绕项目计划书中“湍流流场相干结构光学性质的数学建模”、“剪切层气动光学畸变的自适应校正”等研究内容进行了深入的研究，具体的研究内容及所取得的成果如下：. 首先，对剪切层的气动光学畸变的空间结构和时间演化进行了研究。基于Batte5小波包提取OPL相干结构；正交分解（POD）系数进行线性插值，计算了剪切层的短时曝光OTF，结果表明，随着流场发展，相关函数的形式由高斯型向指数型过渡；结构函数在很大的距离范围内呈现出明显的幂次特征；气动光学畸变对成像的影响主要表现在低频区，OTF较大幅值虚部的出现使得相位调制的影响比较显著。. 其次，对剪切层气动光学畸变的自适应光学校正进行了研究，建立了基于SPGD的适气动光学畸变校正的AO系统，并提出了算法优化方案。.最后，研究了波前畸变相位倾斜的统计特征。结果表明：小光瞳光束时，流向和展向倾斜量的概率密度分布是对称的，且可以使用高斯分布近似。大光瞳光束，展向倾斜量的分布仍是对称的、高斯的，但流向倾斜量呈现出对高斯分布的明显偏离，并结合流场结构进行了解释。. 最后，研究了波前畸变相位倾斜的统计特征。结果表明：小光瞳光束时，流向和展向倾斜量的概率密度分布是对称的，且可以使用高斯分布近似。大光瞳光束，展向倾斜量的分布仍是对称的、高斯的，但流向倾斜量呈现出对高斯分布的明显偏离，并结合流场结构进行了解释。